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Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金热变形机理及动态再结晶模型

Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金热变形机理及动态再结晶模型

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作者：张宏轩中国科学技术大学

学位级别：硕士

随着我国航空航天飞行器、军事工业等高新技术领域的发展,对设备质量轻、强度高和大型复杂构件整体化等方面提出要求,相应地就需要对铸锭进行大塑性变形以满足此类构件的特殊要求。近年来,因含有特殊长周期有序结构相(Long-period order... 详细信息

随着我国航空航天飞行器、军事工业等高新技术领域的发展,对设备质量轻、强度高和大型复杂构件整体化等方面提出要求,相应地就需要对铸锭进行大塑性变形以满足此类构件的特殊要求。近年来,因含有特殊长周期有序结构相(Long-period ordered structure,lpso)而具有优良综合性能的Mg-RE-Zn系合金成为了研发热点。但迄今为止,关于高稀土含量的Mg-RE1-RE2-Zn-Zr多元系合金塑性变形的相关报道极少。因此,本文针对于新型Mg-11.0Gd-4.0Y-2.0Zn-0.4Zr(GWZK114)合金,系统地研究合金在热压缩变形过程中的变形机理和微观组织演化规律并建立此合金的唯象动态再结晶模型,并将结果应用于大尺寸GWZK114合金热变形过程的有限元模拟。首先采用先进的测试分析技术(SEM、EBSD和TEM等)对铸态和均匀化态合金组织进行表征。结果表明,合金铸态组织主要由α-Mg基体相、18R-lpso相、14H-lpso相、块状共晶相和富稀土方块相构成。500 ℃ × 16h均匀化处理后,硬度最高的块状共晶相和富含稀土的方块相都基本溶解,室温下合金拉伸力学性能较铸态得到大幅度提高,抗拉强度为208 MPa和屈服强度为172 MPa。采用300 ℃～500 ℃,应变速率0.01 s-1～10 s-1的恒温恒应变速率热压缩试验,系统地研究了均匀化态GWZK114合金的变形机理和组织演变规律。研究结果表明,温度为350 ℃～450 ℃时,塑性变形主要是由片层状14H-lpso相扭折和动态再结晶(DRX)共同协调;500 ℃时,变形主要由动态再结晶协调。研究发现,在350 ℃～450 ℃下14H-lpso相扭折行为能推迟动态再结晶(DRX)的发生。再结晶机制:连续动态再结晶(CDRX)和非连续动态再结晶(DDRX)同时存在。在变形机理和组织演变规律的基础上建立了唯象动态再结晶动力学模型。首先考虑到压缩变形不均匀性,对均匀化态GWZK114合金的等温压缩过程进行有限元模拟,确定组织观测区域的应变,在此基础上对动态再结晶百分数和再结晶晶粒尺寸进行定量统计,建立符合Avrami方程形式的动态再结晶百分数模型和动态再结晶晶粒尺寸模型;同时,考虑到温度为350 ℃～450 ℃时,14H-lpso相扭折行为对DRX的抑制作用,在原模型基础上添加一项幂律函数成功地描述了这种梯度结构的影响;与单向压缩和往复墩粗挤压(Repetitive upsetting extrusion,RUE)实验结果的对比分析表明,所建模型可较为准确的预测大应变时的动态再结晶百分数和动态再结晶晶粒尺寸。进行大尺寸均匀化态GWZK114合金热变形的数值模拟。采用Fortran语言编译微观组织演变模型,基于DEFORM-3D有限元软件用户子程序的二次开发对GWZK114合金热压缩过程进行了物理场和组织场的多场耦合模拟。结果表明,所建有限元模型对动态再结晶分数和尺寸的预测同实验结果吻合较好,进一步验证了所建唯象动态再结晶动力学模型的精确度。

关键词： Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金组织演变动态再结晶模型 lpso相扭折

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